STEAM教育理念實(shí)踐談

◆廣東省韶關(guān)碧桂園外國(guó)語(yǔ)學(xué)校 彭志強(qiáng)

隨著人工智能時(shí)代的來(lái)臨，編程教育成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，并受到國(guó)家層面的重視。2019年3月，教育部公布了《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》，要求中小學(xué)逐步推廣編程教育。

一、STEAM教育理念

STEAM教育理念（如圖1）最早是美國(guó)政府提出的教育倡議，為加強(qiáng)美國(guó)K-12（一種從幼兒園到十二年級(jí)的教育學(xué)制）關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)的教育，強(qiáng)調(diào)可行性、整合性。

圖1 STEAM教育理念

我們知道，任何事情的成功都不可能依靠某一種能力就可以實(shí)現(xiàn)。比如在電子手表的制作過(guò)程中，不但需要運(yùn)用科技手段創(chuàng)新產(chǎn)品的功能，還需要設(shè)計(jì)合理、精致的外觀，即藝術(shù)等方面的綜合技能，才可以將其生產(chǎn)制作出來(lái)，因此單一技能的運(yùn)用已經(jīng)無(wú)法支撐未來(lái)人才的發(fā)展。STEAM課程為培養(yǎng)未來(lái)綜合型人才提供了方向和途徑。

二、中小學(xué)編程教育是STEAM教育理念的有效載體

STEAM教育理念與中小學(xué)編程教育有什么聯(lián)系？可從以下幾點(diǎn)進(jìn)行分析探討。

（一）中小學(xué)編程教育包含STEAM教育理念中的“S”：編程教育教給孩子的并不只是編程知識(shí)，更多的是思考及解決問(wèn)題的科學(xué)性。凡是科學(xué)都具有客觀規(guī)律性、系統(tǒng)性和實(shí)踐指導(dǎo)性等特點(diǎn)，編程是體現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要方面之一。

（二）中小學(xué)編程教育包含STEAM教育理念中的“T”：編程需要掌握的編程語(yǔ)言、編程軟件、編程工具等都包含技術(shù)性，其本身就是一門(mén)技術(shù)。

（三）中小學(xué)編程教育包含STEAM教育理念中的“E”：編程以項(xiàng)目制學(xué)習(xí)方式進(jìn)行，編程的過(guò)程就像在完成一個(gè)項(xiàng)目，這個(gè)過(guò)程需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，共同達(dá)成目標(biāo)。

（四）中小學(xué)編程教育包含STEAM教育理念中的“A”：編程大多以游戲?yàn)楸憩F(xiàn)形式，游戲畫(huà)面的視覺(jué)效果就包含了藝術(shù)。學(xué)生能在編程過(guò)程中鍛煉其藝術(shù)創(chuàng)造力。

（五）中小學(xué)編程教育包含STEAM教育理念中的“M”：編程最重要的部分就是算法，而算法需要扎實(shí)的數(shù)學(xué)根基。

三、STEAM教育理念下的中小學(xué)編程教學(xué)流程

運(yùn)用中小學(xué)編程知識(shí)，完成編程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，其開(kāi)發(fā)過(guò)程一般可以分為項(xiàng)目分析—界面設(shè)計(jì)—算法設(shè)計(jì)—代碼編寫(xiě)—調(diào)試發(fā)布。在編程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的每一個(gè)步驟中都涉及了多學(xué)科知識(shí)要點(diǎn)，如界面設(shè)計(jì)涉及美術(shù)知識(shí)、算法設(shè)計(jì)涉及數(shù)學(xué)知識(shí)等。在編程教學(xué)的過(guò)程中，我們會(huì)因項(xiàng)目的需求融入不同學(xué)科的知識(shí)要素，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，并對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)作，以此實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所需功能。

秦德增、秦瑾若兩位學(xué)者曾提出“核心素養(yǎng)視角下的 STEAM跨學(xué)科融合框架”。該框架包括“A確定核心素養(yǎng)→B選擇具體學(xué)科→C設(shè)計(jì)主要問(wèn)題→D著手解決問(wèn)題→E開(kāi)展評(píng)價(jià)反饋”共五個(gè)層層遞進(jìn)、互相滲透的教學(xué)階段。以該框架為指導(dǎo)，依據(jù)編程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程，經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，我設(shè)計(jì)出中小學(xué)編程教學(xué)流程，如圖2所示。

圖2 STEAM教育理念指導(dǎo)下的中小學(xué)編程教學(xué)流程

下面我以我校STEAM校本課程中的編程教學(xué)項(xiàng)目《快遞助手》為例，闡述具體的教學(xué)過(guò)程。

（一）確定項(xiàng)目?jī)?nèi)容

在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，注重培養(yǎng)學(xué)生觀察、記錄的習(xí)慣，并與學(xué)生進(jìn)行溝通，從學(xué)生的反饋中了解其在真實(shí)生活情景中遇到的問(wèn)題，確定項(xiàng)目?jī)?nèi)容。

例如，在“雙十一”“雙十二”等網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物節(jié)期間，由于太多人網(wǎng)購(gòu)，快遞公司的派件壓力很大，學(xué)生家中的快遞無(wú)法正常收取，學(xué)生希望能幫助快遞員更高效地完成配送任務(wù)?；趶慕鉀Q實(shí)際問(wèn)題出發(fā)的原則，我選擇開(kāi)展以“制作一個(gè)解決快遞派送時(shí)效的小工具”為項(xiàng)目的編程教學(xué)。

（二）分析項(xiàng)目，確定融合學(xué)科

通過(guò)上網(wǎng)查詢，了解相關(guān)研究的現(xiàn)狀，從中探尋課題研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。根據(jù)項(xiàng)目的內(nèi)容，分析問(wèn)題，將項(xiàng)目分為前期調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)編程模型、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案四個(gè)部分。根據(jù)這四部分內(nèi)容尋找學(xué)科間的知識(shí)關(guān)聯(lián)，分析得到主要融合的學(xué)科是綜合實(shí)踐、語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)，主要涉及調(diào)查、數(shù)據(jù)分析、歸納總結(jié)、信息技術(shù)編程等綜合能力。

（三）明確項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

《快遞助手》編程教學(xué)項(xiàng)目的目標(biāo)如下。

1.知識(shí)與技能

（1）了解、掌握解決問(wèn)題的基本步驟與方法。

（2）懂得用創(chuàng)造性的方式解決生活中遇到的困難。

（3）掌握編程知識(shí)中列表及函數(shù)的運(yùn)用。

2.過(guò)程與方法

（1）能針對(duì)問(wèn)題，通過(guò)查閱資料、觀察等方法收集資料或證據(jù)。

（2）能尊重事實(shí)，在匯總資料的基礎(chǔ)上提出合理的解決方案并與他人分享。

（3）能傾聽(tīng)和尊重不同的觀點(diǎn)、評(píng)議，反思和改進(jìn)自己的方案，并將探究過(guò)程中學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用于新的情境中。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）用學(xué)過(guò)的知識(shí)解決生活中的問(wèn)題，提升生活品質(zhì)。

（2）了解項(xiàng)目成品的應(yīng)用場(chǎng)景，激發(fā)改進(jìn)熱情。

（3）愿意與他人合作及交流，具備團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

（四）項(xiàng)目開(kāi)展準(zhǔn)備

本項(xiàng)目教學(xué)準(zhǔn)備：學(xué)生調(diào)研表、調(diào)研場(chǎng)所的安排，項(xiàng)目?jī)?nèi)容涉及的學(xué)科教學(xué)課件等。

（五）實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)

1.前期實(shí)地調(diào)研。

（1）利用綜合實(shí)踐活動(dòng)課，講解調(diào)查的相關(guān)知識(shí)。

（2）到快遞站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。

（3）匯總調(diào)研資料并分析。

圖3 到快遞站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研

2.結(jié)合調(diào)研報(bào)告，查閱文獻(xiàn)資料，討論分析，確定項(xiàng)目解決方案。

圖4 編程頁(yè)面

學(xué)生通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：派送過(guò)程中耗時(shí)最多的環(huán)節(jié)一是分區(qū)配貨上車(chē)，二是送貨上門(mén)，這也是可以進(jìn)一步優(yōu)化效率的兩個(gè)方面。

3.根據(jù)解決方案，設(shè)計(jì)功能需求并繪制流程圖。

快遞程序助手包含三個(gè)功能模塊：分揀、派件、收件。

分揀模塊主要采用遍歷算法，對(duì)區(qū)域快件總數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)快遞員重新錄入新快件數(shù)據(jù)時(shí)，可以實(shí)時(shí)更新快件總數(shù)。

派件模塊主要采用遍歷算法及廣播模塊功能，實(shí)現(xiàn)提前發(fā)送短信告知收件者，減少派送的時(shí)間。

收件模塊主要采用無(wú)人機(jī)模擬收件，當(dāng)點(diǎn)擊收件按鈕時(shí)，觸發(fā)無(wú)人機(jī)收件程序，無(wú)人機(jī)飛到指定地點(diǎn)進(jìn)行收件。

4.進(jìn)行編程學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目需求。

（六）項(xiàng)目的評(píng)價(jià)與反饋

項(xiàng)目的分享既是必要的環(huán)節(jié)，又是最精彩的環(huán)節(jié)，更是學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的強(qiáng)勁動(dòng)力。通過(guò)編程項(xiàng)目成果展示，結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力評(píng)估表、創(chuàng)造與創(chuàng)新能力評(píng)估表、批判性思維能力評(píng)估表、項(xiàng)目終結(jié)性評(píng)價(jià)量表，對(duì)參與項(xiàng)目的學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)及反饋，主要分為未達(dá)標(biāo)、有待改進(jìn)、達(dá)標(biāo)、優(yōu)秀四個(gè)等級(jí)。教師根據(jù)學(xué)生項(xiàng)目實(shí)際完成情況給予相應(yīng)的總結(jié)及評(píng)語(yǔ)，評(píng)價(jià)依據(jù)主要來(lái)源于學(xué)生對(duì)該編程項(xiàng)目的STEAM知識(shí)能力結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)掌握程度。

以教師和學(xué)生為對(duì)象，進(jìn)行教學(xué)效果問(wèn)卷調(diào)查與訪談，明確在教育過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支持。